Pengertian Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.Transistor through-hole (dibandingkan dengan pita ukur sentimeter)Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.(+)CARA KERJA SEMIKONDUKTORPada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.

Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.

Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.

Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan “lubang” (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.

Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).

Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar

(atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.

Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.

Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.

Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.(+)CARA KERJA TRANSISTORDari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.

Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

(+)JENIS-JENIS TRANSISTORSecara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:

* Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide* Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain* Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.* Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel* Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power* Maximum frekwensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain* Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lainBJT

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda yang terminal positif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan basis (B).

Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya berkisar sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.FET

FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah dioda antara antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di “depletion mode”, keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus listrik dibawah kontrol tegangan input.

FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua JFET adalah tipe depletion mode.

Pengertian Tiristor

Jenis-Jenis Thyristor

BAB IPENDAHULUAN

Pengertian ThyristorThyristor merupakan devais semikonduktor 4 lapisan berstruktur pnpn dengan tiga pn-

junction. Devais ini memiliki tiga terminal yaitu : anode, katode, dan gerbang. Thyristor

biasanya digunakan sebagai saklar/bistabil, beroperasi antara keadaan non konduksi ke

konduksi. Pada banyak aplikasi thyristor dapat diasumsi sebagai saklar ideal, akan tetapi

dalam prakteknya thyristor memiliki batasan dan karakteristik tertentu.

Jenis-Jenis Thyristor

-          Silicon Controlled Rectifier (SCR)-          Fast-Switching Thyristor-          Gate-Turn-Off Thyristor (GTO)-          Bidirectional Triode Thyristor (TRIAC)-          Revers-Conducting Thyristor (RCT)-          Static Induction Thyristor (SITH)-          Light-Activated Silikon-Controlled Rectifier (LASCR)-          FET-Controlled Thyristor (FET-CTH)MOS-Controlled Thyristor (MCT)

Berikut akan dibahas didalam BAB II.

  BAB II

JENIS-JENIS THYRISTOR

1.      Silicon Controlled Rectifier (SCR)

Silicon Controlled Rectifier disingkat SCR dirancang untuk mengendalikan daya ac  10 MW

dengan rating arus sebesar 2000 A pada tegangan 1800 V dan frekuensi kerjanya dapat

mencapai 50 kHz. Tahanan konduk dinamis suatu SCR sekitar 0,01 sampai 0,1 Ohm

sedangkan tahanan reversenya sekitar 100.000 Ohm atau lebih besar lagi. Untuk membuat

thyristor menjadi ON adalah dengan memberi arus trigger lapisan P yang dekat dengan

katoda. Yaitu dengan membuat kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada gambar dibawah

(kiri). Karena letaknya yang dekat dengan katoda, bisa juga pin gate ini disebut pin gate

katoda (cathode gate). Beginilah SCR dibuat dan simbol SCR digambarkan seperti gambar

dibawah (kanan). SCR dalam banyak literatur disebut Thyristor saja.

SCR mempunyai tiga buah elektroda, yaitu Anoda, Katoda dan Gate dimana anoda

berpolaritas positip dan katoda berpolaritas negatip sebagai layaknya sebuah dioda penyearah

(rectifier). Kaki Gate juga berpolaritas positip. Gambar dibawah ini memperlihatkan

pengembangan konstruksi dan diekuivalenkan dengan rangkaian kaskade transistor.

1.1.  Penyulutan SCR

SCR dapat dihidupkan dengan arus penyulut singkat melalui terminal Gate, dimana arus gate

ini akan mengalir melalui junction antara gate dan katoda dan keluar dari katodanya. Arus

gate ini harus positif besarnya sekitar 0,1 sampai 35 mA sedangkan tegangan antara gate dan

katodanya biasanya 0,7 V.

Jika arus anoda ke katoda turun dibawah nilai minimum (Holding Current = IHO), maka SCR

akan segera mati (Off). Untuk SCR yang berkemampuan daya sedang, besar IHO sekitar 10

mA. Tegangan maksimum arah maju (UBRF) akan terjadi jika gate dalam keadaan terbuka

atau IGO = 0. Jika arus gate diperbesar dari IGO, misal IG1, maka tegangan majunya akan

lebih rendah lagi.

Gambar dibawah ini memperlihatkan salah satu cara penyulutan SCR dengan sumber searah

(dc), dimana SCR akan bekerja dengan indikasi menyalanya lampu dengan syarat saklar PB1

dan PB2 di ON kan terlebih dahulu.

Triggering untuk penyulutan SCR dengan sumber dc ini tidak perlu dilakukan secara terus

menerus, jika saklar PB1 dibuka, maka lampu akan tetap menyala atau dengan perkataan lain

SCR tetap bekerja. Dibawah ini Memperlihatkan cara penyulutan SCR dengan sumber bolak-

balik (ac).

Dengan mengatur nilai R2 (potensiometer), maka kita seolah mengatur sudut penyalaan

(firing delay) SCR. Untuk penyulutan SCR dengan sumber arus bolak-balik, harus dilakukan

secara terus menerus, jadi saklar S jika dilepas, maka SCR akan kembali tidak bekerja.

Gambar dibawah ini memperlihatkan bentuk tegangan dan pada terminal SCR dan beban.

Pengendalian sumber daya dengan SCR terbatas hanya dari 00 sampai 900.

1.2.  Pengujian SCR

Kondisi SCR dapat diuji dengan menggunakan sebuah ohmmeter seperti layaknya dioda,

namun dikarenakan konstruksinya pengujian SCR ini harus dibantu dengan penyulutan kaki

gate dengan pulsa positip. Jadi dengan menghubung singkat kaki anoda dengan gate,

kemudian diberikan sumber positip dari meter secara bersama dan katoda diberi sumber

negatipnya, maka akan tampak gerakan jarum ohmmeter yang menuju nilai rendah

penunjukkan ohm dan kondisi ini menyatakan SCR masih layak digunakan. Sedangkan jika

penunjukkan jarum menunjuk pada nilai resistansi yang tinggi, maka dikatakan kondisi SCR

menyumbat atau rusak.

2.      Fast-Switching Thyristor

Fast-Switching Thyristoradalah thyristor yang memiliki waktu turn off yang cepat, umunya

dalam daerah 5 sampai 50 µs bergantung pada daerah tegangannya. Tegangan jatuh forward

pada keadaan on berfariasi kira-kira seperti fungsi invers dari turn off time tq. Biasanya

Thyristor ini digunakan pada penerapan teknologi pensaklaran kecepatan tinggi dengan

forced-commutation.

Thyristor ini memiliki dv/dt yang tinggi, biasanya 1000V/µs dan di/dt sebesar 1000 A/ µs.

Turn-off yang cepat dan di/dt yang tinggi akan sangat penting untuk mengurangi ukuran dan

berat dari komponen rangkaian reaktif dan/atau commutating. Tegangan keadaan on dari

thyristor 2200 A, 1800 V, dan waktu turn off sangat cepat, sekitar 3 sampai 5 µs, biasa

dikenal sebagai asymmetrical thyristor (ASCRT).

3.      Gate-Turn-Off Thyristor (GTO)

Gerbang ini dapat dihidupkan dengan memberikan sinyal gerbang positif dan dapat dimatikan

dengan memberikan gerbang sinyal negative. GTO dihidupkan dengan memberikan sinyal

pulsa pendek positif pada gerbang dan dimatikan dengan memberikan sinyal pulsa pendek

negative pada gerbang.

GTO memiliki penguatan rendah selama turn-off dan memerlukan pulsa arus negative yang

relative besar untuk turn-off. Tegangan keadaan on untuk rata-rata GTO 550 A, 1200 V

besarnya 3,4 V.

4.      Bidirectional Triode Thyristor (TRIAC)

Boleh dikatakan SCR adalah thyristor yang uni-directional, karena ketika ON hanya bisa

melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Struktur TRIAC sebenarnya

adalah sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan kedua gate-nya disatukan.

Simbol TRIAC ditunjukkan pada gambar dibawah. TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-

directional.

TRIAC bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat melewatkan arus

dua arah. Kurva karakteristik dari TRIAC adalah seperti pada gambar berikut ini.

Pada datasheet akan lebih detail diberikan besar parameter-parameter seperti  Vbo dan -Vbo,

lalu IGT dan -IGT, Ih serta -Ih dan sebagainya. Umumnya besar parameter ini simetris antara

yang plus dan yang minus. Dalam perhitungan desain, bisa dianggap parameter ini simetris

sehingga lebih mudah di hitung.

5.      Revers-Conducting Thyristor (RCT)

Pada banyak rangkaian chopper atau inverter, diode anti parallel dihubungkan secra SCR

untuk memperbolehkan aliran arus reverse karena beban induktif dan untuk meningkatkan

kinerja saat turn off dari rangkaian commutation. Diode memotong tegangan balik blocking

dari SCR ke-1 atau 2 V pada kondisi tunak. Akan tetapi pada kondisi transien, tegangan balik

dapat meningkat hingga 30 V karena tegangan induksi pada rangkaian karena induktansi

stray dalam devais.

Suatu RCT dapat dipandang sebagai suatu kompromi antara karakteristik devais dan

kebutuhan dari rangkaian RCT dapat dianggap sebagai suatu thyristor  dengan built-in diode

anti paraler. RCT juga dikenal sebagai aymmetrical thyristor (ASCR). Tegangan forward

blocking berfariasi antara 400 sampai dengan 2000 V dan rating arus bergerak hingga 500 A.

Tegangan blocking revers biasanya sekitar 30 sampai dengan 40 V. karena rasio arus maju

yang melalui thyristor terhadap arus reverse dari diode tetap untuk suatu devais, aplikasinya

dibatasi oleh perancangan rangkaian tertentu.

6.      Static Induction Thyristor (SITH)

SITH biasanya dihidupkan dengan memberikan tegangan gerbang positif seperti thyristor

biasa dan dimatikan dengan memberikan tegangan negatif pada gerbangnya. SITH

merupakan devais dengan pembawa muatan minoritas. Akibatnya, SITH memiliki

resistansi/tegangan jatuh keadaan on yang rendah dan dapat dibuat dengan rating tegangan

dan arus yang lebih tinggi.

SITH memiliki kecepatan switching yang tinggi dengan kemampuan dv/dt dan di/dt yang

tinggi. Waktu switchingnya berada pada orde 1 sampai dengan 6 µs. Rating tegangan dapat

mencapai 2500 V dan rating arus dibatasi 500 A. Devais ini sangat sensitive terhadap proses

produksi, gangguan kecil pada proses produsi akan menghasilkan perubahan yang besar pada

karakteristik devais.

7.      Light-Activated Silikon-Controlled Rectifier (LASCR)

Devais ini dihidupkan dengan memberikan radiasi cahaya langsung ke wafer silicon.

Pasangan electron-hole yang terbentuk selama proses radiasi akan menghasilkan arus trigger

pada pengaruh medan elektris. Struktur gerbang dirancang untuk menghasilkan sensitivitas

gerbang yang cukup untuk triggering dengan sumber cahaya praktis.

LASCR digunakan untuk pemakaian arus dan tegangan yang tinggi. LASCR menyediakan

isolasi elektris penuh antara sumber cahaya pen-trigger dan devais switching dari converter

daya, dengan potensial mengambang tinggi hingga beberapa kilovolt. Rating tegangan dari

LASCR dapat setinggi 4 kV, 1500 A dengan daya cahaya pen-trigger kurang dari 100 mW.

Di/dt yang umum adalah 250 A/µs dan dv/dt dapat setinggi 2000 V/µs.

8.      FET-Controlled Thyristor (FET-CTH)

Devais ini mengkombinasikan MOSFET dan Thyristor secara paraler. Jika tegangan tertentu

diberikan pada pada gerbang dari MOSFET biasanya, 3 V arus pen-trigger dari thyristor akan

dibangkitkan secara internal.

Devais ini dapat dihidupakan seperti thyristor konvensional, akan tetapi tidak dapat dimatikan

oleh kendali gerbang. Hal ini akan sangat diperlukan pada aplikasi yang optical firing

digunakan untuk menghasilkan isolasi elektrik antara masukan atau sinyal control dan devais

pensaklaran dari converter daya.

9.      MOS-Controlled Thyristor (MCT)

MOS Controlled Thyristor (MCT) adalah tegangan yang sepenuhnya  dikontrol thyristor.

MCT serupa yang beroperasi dengan thyristor GTO, tetapi telah dikendalikan dengan

terisolasi tegangan gerbang. Memiliki dua MOSFET dalam rangkaian ekuivalen. Satu yang

bertanggung jawab untuk turn-on dan yang lain bertanggung jawab untuk turn-off. Sebuah

thyristor dengan hanya satu MOSFET dalam rangkaian ekuivalen, yang hanya dapat

diaktifkan (seperti biasa SCRs), disebut MOS gated thyristor.

MCT dapat beroperasi sebagai devais yang dikontrol oleh gerbang jika arusnya lebih kecil

dari arus maksimum yang dapat dikontrol. Usaha untuk membuat MCT off pada arus yang

melebihi itu akan mengakibatkan kerusakan devais, untuk arus yang tinggi thyristor harus

dimatikan sebagaimana thyristor biasa.

BAB IIIKESIMPULAN

1.      Thyristor adalah komponen elektronika yang biasa digunakan untuk pensaklaran dan

pengendalian daya AC.

2.      Thyristor dapat berubah dengan sangat cepat dari kondisi menghantar ke kondisi tidak

menghantar.

3.      Thyristor terdiri dari anode, katode, dan gerbang

4.      Thyristors Tidak akan menghantar jika tidak ada arus bias maju pada Gerbang

5.      Thyristor biasanya digunakan sebagai saklar/bistabil

6.      Thyristors akan berhenti menghantar jika tegangan nol atau arus berhentipada Gerbang